CC BY
45
УДК 674.8
СПОСОБЫ ПОДГОТОВКИ К ПЕРЕРАБОТКЕ ВТОРИЧНО ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ДРЕВЕСИНЫ ИГЛОФРЕЗЕРНЫМИ И ЩЁТОЧНЫМИ СТАНКАМИ
PREPARATION METHODS FOR PROCESSING OF POST-CONSUMER WOOD (PCW) NEEDLE-MILLING AND BRUSHING MACHINES
Гайда С.В. доц., канд. техн. наук (НЛТУ Украины, г. Львов, Украина) Gayda S.V., assoc. prof. (Ukrainian National Forestry University)
Разработаны способы очистки вторично используемой древесины (ВИД) с помощью иглофрезерных и щёточных станков. Разработано технологию и типичный план цеха очистке ВИД погонажных и плитных материалов различного поверхностного загрязнения.
The methods of purification of post-consumer wood (PCW) using needle-milling and brushing machines. The technology and the typical plan of plant cleaning PCW planed timber and plate materials various surface contamination.
Ключевые слова: вторично используемая древесина, иглофрезерные станки, очистка, способы подготовки, деревообрабатывающие технологии.
Key words: post-consumer wood, needle-milling machines, cleaning, preparation techniques, woodworking technology.
Актуальность. Использование древесных отходов, в том числе ВИД, в качестве материала, без дополнительной подготовки, является очень часто проблематично, в частности, в связи с различными загрязнениями древесины. Изделия из древесины для долговременной эксплуатации обрабатывались органическими и неорганическими средствами защиты, облагораживалась лакокрасочными, бумажными или плёночными материалами. Эти средства защиты, консерванты, благодаря структуре древесины и технологиям облагораживания, располагаются на поверхности древесины или фиксируются только на самых верхних миллиметрах непосредственно в структуру древесины. Кроме того, древесные отходы ВИД имеет минеральные-неорганические примеси из строительных материалов, такие как, например, цемент, гипс, бетон и толь. Эти примеси бывают только внешними, что зависит от способа использования древесины, например, как опалубка, материальные или потолочные балки. В старой мебели, изделиях от торговли (тара, поддоны) или внешнего хозяйственного использования, пиломатериалах и т.д. находятся гвозди, винты и скобы, сделанные из железа и цветных металлов. Вместе с видами примесей, перечисленных выше, часто происходит выветривания древесины, которое происходит в связи с погодными условиями даже в защищенной древесины и, как правило, видны по большей хрупкости и по потемнению поверхности древесины. Во всех этих описанных случаях, необходимо производить поверхностную очистку от защитных покрытий или снимать определенное количество поверхностного слоя деревянного материала, чтобы обеспечить возможность использования оставшейся внутренней части ВИД хорошего качества для материального производства. Механическая обработка ВИД строганием поверхности, исходя из вы-
ше изложенных рассуждений, не может быть осуществлена. Это также связано наличием минеральных и металлических включений, с различными и неправильными формами, размерами ВИД. Таким образом, чтобы обеспечить качественно подготовленную ВИД к дальнейшей переработке, нужны технологически и экономически обоснованные способы очистки ВИД, какими и являются методы с использованием иглофрезерного и щёточного оборудования.
Разработка высокоэффективных механических способов очистки ВИД, которые максимально учитывают особенности физико-механических свойств обрабатываемых материалов вторичного использования, является актуальной задачей, и представляет интерес для многих областей деревообработки, так как максимальное использование древесных отходов, в том числе ВИД, в современных условиях есть важным дополнительным источником сырья.
Проблема - разработка технологии очистки ВИД, как источника дополнительного сырьевого ресурса, для разных технологий деревообработки.
Цель исследования - разработка способов подготовки (поверхностной очистке) ВИД к дальнейшей материальной переработке с помощью иглофре-зерных и щёточных станков. Целью настоящего исследования является создание способов, которые позволяют снимать поверхностный слой, например, лакокрасочный, из ВИД различного происхождения, независимо от её размера, поперечного профиля и характера поверхностного загрязнения.
Объект исследования - ресурсосберегающая технология подготовки сырья, очищенного иглофрезерными и щёточными станками.
Предмет исследования - закономерности влияния характеристик иглоф-резерного и щёточного инструментов на качество очищенной ВИД.
Классификация ВИД. В НЛТУ Украины разработан Классификатор ВИД и предложено для законодательства Украины четыре категории ВИД и отходы ликвидации, которые не входят ни к одной из категорий [1].
Характеристики иглофрезерного инструмента. Актуальной особенностью иглофрезерного инструмента является его гибкая рабочая поверхность, образованная множеством рабочих элементов - упругих концов проволочек, что позволяет использовать проводной инструмент для обработки заготовок с возможными отклонениями от правильной геометрической формы. Проводные щетки и иглофрезы эффективно применяются для следующих операций: снятие антикоррозионной полиэтиленового покрытия с концов труб; удаление ржавчины, окалины с поверхности заготовок и деталей; подготовка поверхности под сварку, пайку, покрытия и дефектоскопии; зачистка усилений и проплав сварных швов, наплывов металла; снятие заусенцев и округления острых кромок после механической обработки и вырубки заготовок; округления острых кромок на литых и штампованных заготовках; и другие очистительные операции.
В основе иглофрезерной обработки ВИД лежит эффект сосредоточенного суммарного силового воздействия пружинно изогнутых проволочных элементов иглофрезы на обрабатываемую поверхность древесины. Ворсом иглофрезы является стальной пружинный провод диаметром 0,3 ... 0,9 мм (материал - сталь 60Г). Современная промышленность выпускает иглофрезы разных видов: торцевые, цилиндрические (диаметр D= 150, 200, 250, 300, 350, 400, 500 мм,
ширина В = 20, 24, 30, 32, 34, 50, 60, 70, 75, 85, 90, 100, 105, 140, 160 мм), валковые, с плетеным элементами и из гофрированной проволоки.
Учитывая вышеуказанные преимущества иглофрезерного инструмента, в процессе исследований определены основные области применения иглофрез в деревообработке, а именно очистке ВИД от поверхностных загрязнений:
• эффективное использование иглофрезерного инструмента для снятия лакокрасочного материала и материала облицовок, включая ПВХ-плёнки в процессе утилизации ВИД - старых мебельных, столярно-строительных и других изделий;
• замена строгания ВИД игольчастым инструментом с целью получения подготовленной поверхности для дальнейшего материального использования;
• механическая обработка модифицированных, особенно пропитанных древесных материалов повышенной твердости;
• получение гребенчатый обрабатываемой поверхности в процессе обработки эластичной иглофрезой массивной древесины с явно выраженными ранней и поздними зонами.
Таким образом, наиболее актуальным представляется первое направление, поскольку именно оно предусматривает разработку технологического процесса подготовки ВИД способом очистки иглофрезерными станками.
Усовершенствовано конструкции цилиндрических иглофрез. Проверено, что иглофрезы с пазами треугольного профиля с углом 95 ... 125 ° у вершины инструмента качественно очищают поверхность материала, извлекая поверхностный слой за пределы обработки. Кроме этого, пазы треугольного профиля у вершины иглофрезы могут быть расположены на рабочей поверхности проволочного ворса как параллельно оси вращения иглофрезы, так и под углом наклона к ней. Практические рекомендации наведены в таблице 1.
Таблица 1 - Рекомендации для инструмента для очистки ВИД
Показатели вращающихся инструментов Режимы работы (диапазон / рекомендация)
Иглос эрезами Щетками
Диапазон Рекомендация Диапазон Рекомендация
Диаметр, мм 150-500 200-300 50-1000 250-350
Длина, мм 20-160 50-160 50-1500 200-500
Скорость обработки, об/мин 360-1800 720-1080 900-2700 900-1450
Скорость подачи, м / мин 6-12 8-10 0,5-30 12-18
Величина снятого слоя, мм 0,05-3,0 0,1-2,0 0,06-1,0 0,1-1,0
Диаметр проволоки, мм 0,3-1,2 0,2-0,8
Натяжение, мм 0,2-2,0 0,5-5,0
Количество игл, шт / см2 20-40 20-60
Способы очистки ВИД. Существует два основных метода по очистке загрязненной поверхности: сухой и влажный, при которых, в зависимости от вида обработки, используется той или иной инструмент, компонент для непосредственной очистки (таблица 2).
Таблица 2 - Анализ способов очистки ВИД
Способ Вид Компоненты для очистки
Ручной пила щетка нож инструмент
Сухой Оборудованием песок сжатый воздух горячий воздух
Инструмент станков фреза, абразив игло-фреза ножевой вал шиповые ролики барабан ротора
Ручной пила щетка нож инструмент
Влажный Механический станок оборудование устройство автоклав бассейн
Химико-, гидро-, химический агент, вода, пара, температура, давление, вакуум,
паротермическии время
Методика очитки ВИД. В исследовании предложено пять вариантов очистки ВИД с использованием иглофрезерного оборудования:
1. Отрезание дефектов пилами. Раскрой на полосы до 160 мм. Обработка поверхностей иглофрезами (щётками).
2. (отличие). Обработка горячим воздухом (Т = 150-300 ОС). Обработка поверхностей иглофрезами (щётками).
3. (отличие). Обработка поверхностей шипованными роликами. Обработка поверхностей иглофрезами (щётками).
4. (отличие). Обработка поверхностей шипованными роликами. Замачивание в воде ^ = 30% на поверхности). Обработка поверхностей иглофрезами.
5. (отличие). Замачивание в воде ^ = 30% на поверхности). Обработка паром (Т = 130-150 ОС). Обработка поверхностей иглофрезами (щётками).
Типовой план цеха [2]. Основой технологии разработанного цеха являются станки проходного типа для осуществления операций поверхностной продольной очистки: двусторонний и четырехсторонний иглофрезерный станки.
Выводы и рекомендации:
1. Использован системный подход к способам очистки ВИД.
2. Разработанная экспериментальная установка по обработке ВИД дает возможность в широком диапазоне плавно изменять, регулировать скорость резания и скорость подачи, толщину снимаемого слоя, что должно обеспечить при реализации в промышленности высокоэффективную очитку разной ВИД
3. Полученная аналитически и проверенная экспериментально модель процесса очистки ВИД иглофрезовым (щёточным) рабочим органом разрешает производить расчет конструктивно-кинематических параметров иглофрезового станка. Полученная модель процесса очистки и подачи разрешает учитывать свойства обрабатываемого погонажного и плитного материала.
4. Разработаны способы очистки, конструкция, алгоритмы и компютерные программы, позволяющие получать рациональные конструктивные и технологические параметры иглофрезерного станка, позволяющие снимать за один-два прохода лакокрасочный материал или поверхностный слой загрязнённого материала с учётом его свойств и с приемлемым качеством поверхности.
5. Сформулированы рекомендации по выбору способа очистки ВИД определённого загрязнения, практические рекомендации по конструктивному оформлению и режимам работы иглофрезерного станка.
6. Очищенная за этими стадиями ВИД является дополнительным сырьем для изготовления мебельного щита, столярной плиты, каркасов для решетчатых и мягких мебельных изделий и заготовок криволинейной формы.
Список использованных источников
1. Гайда С.В. Исследование применения вторично используемой древесины в деревообработке Украины. Сборник материалов Х-ой межд. науч.-техн. Интернет-конференции «Лесной комплекс: состояние и перспективы развития» (1.11.10-30.11.10). - Вып. 27. -Брянск: БГИТА, 2010. - 38-42 с.
2. Гайда С.В., Кийко О.А. Технология очистки вторично используемой древесины иг-лофрезерными станками// Актуальные проблемы и перспективы развития лесопромышленного комплекса: материалы II междунар. науч.-технич. конф., 9-11 сентября 2013 г. - Кострома: Изд-во КГТУ. - 2013. - С. 36-39.
